【正文】 指令周期，簡稱 微周期 。 ③ 從控制存儲器逐條取出對應(yīng)的微指令并執(zhí)行取出的微指令。由機器指令操作碼轉(zhuǎn)換成微程序入口地址有三種方法： ? 一級功能轉(zhuǎn)換： 如果機器指令的操作碼字段的位數(shù)和位置固定，可以 直接用操作碼與入口地址的部分位相對應(yīng) 。 ? 增量方式 ：增量方式又叫計數(shù)器方式，也就是用一個微程序計數(shù)器 （ μPC） 來產(chǎn)生下一條微指令的地址。 ? 1個測試位能產(chǎn)生 2個分支， 2個位測試位能產(chǎn)生 4個分支， n個測試位能產(chǎn)生 2n個分支。 ① 直接控制法（不譯碼法） 直接控制法是指操作控制字段中的每一位就是一個微命令，直接對應(yīng)一種微操作。 54 微指令的編碼方法 (續(xù)二 ) ③ 字段編碼法 字段編碼法是將操作控制字段分為若干個小段，段內(nèi)采用最短編碼法，段間采用直接控制法。 ? 每個小段要留出一個狀態(tài)，表示本小段 不發(fā)出任何微命令。用水平型微指令編寫的微程序，具有微指令字長而微程序短的特點，面向控制邏輯描述。 ? 并行執(zhí)行方式：取微指令與執(zhí)行微指令是重疊進(jìn)行的，也就是在執(zhí)行一條微指令的同時，預(yù)取下一條微指令。 ? 控制單元的輸入包括： ? 時序信號 ? 機器指令操作碼 ? 各部件的狀態(tài)反饋信號等 輸出的微操作控制信號有兩個去向： ? CPU內(nèi)部的控制信號，用于控制寄存器之間的數(shù)據(jù)傳送、以及實現(xiàn) CPU功能的其它操作。 61 微程序控制單元的設(shè)計 微程序控制器的操作控制信號由微指令產(chǎn)生。返回地址保存在堆棧中，堆棧指針始終指向棧頂。 由于微指令 C按機器指令碼 I1I0實現(xiàn) 4路分支 ,所以微指令 C的下址的約束條件可選擇末兩位為 0。 微 指令 微命令信號 a b c d e f g h i j I1 √ √ √ √ √ I2 √ √ √ √ I3 √ √ I4 √ I5 √ √ √ √ I6 √ √ √ I7 √ √ √ I8 √ √ √ 69 微操作命令設(shè)計 解：題中有 10不同性質(zhì)的微命令，但微指令的操作控制字段只有 8位，不能采用直接控制法。這是一種非常經(jīng)濟(jì)實用的并行技術(shù)，能保證計算機具有較高的性能價格比。其中， CPU按流水線方式組織，通常由三大部分組成：指令部件、指令隊列、執(zhí)行部件，并組成一個三級流水線，其中每個子部件又構(gòu)成一個流水線。顯然，流水技術(shù)的應(yīng)用，使計算機的速度大大提高了。 ? 算術(shù)流水線：指運算操作步驟的并行。但是，實現(xiàn)流水線的不斷流是困難的。 ? 為了解決上述沖突，應(yīng)采取各種措施：比如，為了解決資源相關(guān)沖突，可以增加一個存儲器，把指令和數(shù)據(jù)分開存放；為了解決數(shù)據(jù)相關(guān)沖突，可以在CPU內(nèi)部增設(shè)若干結(jié)果緩沖寄存器，臨時保留運算結(jié)果，給后繼指令使用；為了解決控制相關(guān)沖突，可以設(shè)置 “ 轉(zhuǎn)移取 ” 和 “ 順序取 ” 兩路指令預(yù)取隊列。 ? 數(shù)據(jù)相關(guān)：在一個程序中，后一條指令的執(zhí)行，必須等待前一條指令的執(zhí)行結(jié)果，兩條指令就會發(fā)生數(shù)據(jù)相關(guān)沖突。數(shù)據(jù)從一臺處理機輸入，經(jīng)處理后送入與第二臺計算機相連的存儲器中。具有兩條以上的指令流水線，則稱為 超標(biāo)量流水線 。 ? 下圖表示流水 CPU中一個指令周期的任務(wù)分解。 ? 時間并行 +空間并行：它是指 時間重疊和資源重復(fù) 的綜合應(yīng)用，既采用時間并行又采用空間并行。于是形成如下微指令控制字段格式 . 小段 1 小段 2 譯碼輸出 微命令 譯碼輸出 微命令 00 無 00 無 01 b 01 e 10 i 10 f 11 j 11 h 70 微操作命令設(shè)計（續(xù)） 將 8條微指令代碼化可以得到： ? I1: 11100101—— a c d g b e ? I2: 10110010—— a c d g f ? I3: 00000111—— a c d g b h ? I4: 01000000—— a c d g ? I5: 01011001—— a c d g i e ? I6: 10001111—— a c d g j h ? I7: 01100011—— a c d g h ? I8: 10000111—— a c d g b h 工作之三 微操作命令設(shè)計 71 八、流水 CPU 計算機誕生到現(xiàn)在，人們追求的目標(biāo)之一是高速度，因此，并行處理技術(shù)便成為計算機發(fā)展的主流技術(shù)。 工作之二 后繼地址分配 66 后繼地址分配舉例 余下的微指令地址沒有約束條件，可以任意分配。 解：程序有兩個分支處，第一處（ C）有 4個分支，由機器指令操作碼的 I1I0兩位決定后繼地址，分別指向 4條不同的指令；第二處（ E）有 2個分支，根據(jù)運算結(jié)果 Z的值決定，分別指向 2條不同指令 因此，微指令順序控制部分中的測試字段應(yīng)有 2位來分別對應(yīng) 2處測試。 ④ 微程序代碼化 ：將修改完善的微程序轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制代碼，叫做代真 . ⑤ 寫入控制存儲器 ：最后將二進(jìn)制代碼按地址寫入控制存儲器。 60 組合邏輯單元的設(shè)計 組合邏輯控制器產(chǎn)生操作控制信號的辦法是：根據(jù)所有指令的流程圖，尋找產(chǎn)生同一微操作信號的所有條件，并與適當(dāng)?shù)墓?jié)拍電位和節(jié)拍脈沖進(jìn)行組合，最后將所得到的布爾表達(dá)式用門電路或可編程器件來實現(xiàn)。 ? 動態(tài)微程序設(shè)計需要可寫控制存儲器的支持，否則難以改變微程序的內(nèi)容。用垂直型微指令編寫的微程序，具有微指令字短而微程序長的特點，面向控制算法描述。一般微指令的格式大致分為兩類：水平型微指令和垂直型微指令。 55 微指令的編碼方法 (續(xù)三 ) 字段編碼法中，操作控制碼的劃分需要遵循以下規(guī)則： ? 要把相斥的微命令分在同一字段，相容的微命令分在不同段內(nèi)，（ 有利于縮短微指令長度、有利于提高并行性 ）。 53 微指令的編碼方法 (續(xù)一 ) ② 最短編碼法 最短編碼法將所有微命令統(tǒng)一編碼，經(jīng)過譯碼后才能得到微命令，每條微指令只定義一個微命令。 51 五、微程序設(shè)計技術(shù) ? 微程序設(shè)計的關(guān)鍵是如何確定微指令的結(jié)構(gòu)。通常把微地址寄存器改為微程序計數(shù)器。 46 微程序入口地址的形成（續(xù)） ? 二級功能轉(zhuǎn)換： 當(dāng)同類機器指令的操作碼字段的位數(shù)和位置固定，而不同類機器指令的操作碼的位數(shù)和位置不固定時，就要使用二級功能轉(zhuǎn)換?？刂菩盘柕谋举|(zhì)是按要求打開或關(guān)閉各個控制門。 43 微程序控制器的工作過程 ? 微程序控制器的工作過程是在微程序控制器的控制下執(zhí)行機器指令的過程。（控制存儲器在 CPU內(nèi)部，不屬于存儲系統(tǒng)）。 40 微指令和微程序（續(xù)） ? 操作控制字段 ：用來發(fā)出指揮全機工作的控制信號。其中，雙線表示數(shù)據(jù)通路，單線表示微操作控制命令?？刂破魇强刂撇考?，而運算器、存儲器和外圍設(shè)備相對控制器而言，都是執(zhí)行部件。例如指令執(zhí)行過程分解為 “ 取指令、取操作數(shù)、執(zhí)行指令 ” 三個階段；就取指令來說，又被分解為 “ 從內(nèi)存取指令、程序計數(shù)器 PC+指令譯碼 ” 三個微小的動作。常用的控制方式有三種：同步控制、異步控制、聯(lián)合控制，其實質(zhì)反映了時序信號的定時方式。 32 CPU周期信號發(fā)生器 ? CPU周期信號一般設(shè)置單獨的觸發(fā)器表示，有幾個周期就設(shè)置幾個觸發(fā)器。 ? 從地址的來源講，指令地址來源于程序計數(shù)器，而數(shù)據(jù)地址來源于地址形成部件。 CPU做 1個動作： ? IR?PC CPU完成指令操作 25 用方框圖來表示指令周期 一個 方框 代表一個 CPU周期， 菱形 符號通常用來表示某種判別或測試，時間上依附于與它相鄰的前面一個方框的 CPU周期，不單獨占用時間。 CPU做 4個動作： ① AC?MDR ② MAR?ABUS ③ MDR?DBUS ④ write CPU完成指令操作 23 ④ NOP指令和 JMP指令的指令周期 程序現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)行到第四條指令 “ NOP”指令，這是一條空操作指令。 19